A principios del siglo XVII, la visión predominante del movimiento era que objetos de diferentes pesos caían a diferentes velocidades. Esta visión se basaba en la idea de Aristóteles de que los objetos más pesados caían más rápido porque tenían una mayor "tendencia natural" a moverse hacia el centro de la Tierra.
Cuando Galileo dedujo una conclusión contradictoria a la teoría de Aristóteles, pensó que esta visión, que había prevalecido durante 2000 años, podría estar equivocada. En uno de sus experimentos mentales, un objeto pesado y un objeto ligero están atados juntos para ser soltados al mismo tiempo; el objeto pesado es frenado por el más ligero. Sin embargo, al unirlos juntos para lograr más peso, caen más rápido según la visión de Aristóteles.
Galileo desafió esta visión a través de una serie de experimentos. Soltó bolas de diferentes pesos desde la cima de la Torre Inclinada de Pisa. Contrariamente a la visión prevaleciente, observó que todas las bolas llegaban al suelo al mismo tiempo, sin importar su peso. (Muchos historiadores creen que Galileo en realidad no llevó a cabo este experimento y que probablemente fue solo un experimento mental).
El experimento de la rampa fue el que realmente había realizado. Galileo creía que las leyes naturales seguían el principio más simple, así que hipotetizó que la velocidad de un objeto en caída podría estar cambiando de manera uniforme, es decir, v=kt o v=ks. Esto parece ser un trabajo muy simple hoy en día, pero el concepto de desplazamiento, velocidad y aceleración era muy vago en la época de Galileo. Si la velocidad fuera proporcional al desplazamiento, se llegaría a una conclusión ridícula. En última instancia, él creía que la velocidad del objeto en caída era proporcional al tiempo. Como la velocidad era difícil de medir directamente en ese momento, Galileo convirtió v=kt en una fórmula de desplazamiento y tiempo, es decir, x=kt². El tiempo no podía medirse con precisión debido a la rápida caída del objeto, así que también diseñó un experimento de rampa para disminuir la influencia de la gravedad.
Galileo preparó una rampa y dejó caer una bola desde la parte superior. Utilizó su propio pulso para determinar el intervalo de tiempo y registró la distancia que recorrió la bola, x₁, x₂, x₃, x₄. Descubrió que las distancias eran proporcionales al cuadrado de ciertos números, es decir, x₁:x₂:x₃:x₄=1:4:9:16. Además, el tiempo que le tomó a la bola llegar al fondo de la rampa era independiente de su peso. Cuanto más empinada era la rampa, menos tiempo tomaba. Cuando el ángulo era el mismo, todas las bolas llegaban al fondo al mismo tiempo.
Luego Galileo hizo un experimento mental para relacionar la rampa y la caída libre. Cuando la rampa estaba vertical respecto al suelo, la bola en realidad estaba cayendo libremente debido a la gravedad. El tiempo que le tomó a la bola llegar al suelo era independiente de su peso, lo que significa que todas las bolas caían a la misma velocidad.
El estudio del movimiento de Galileo no solo estableció muchos conceptos básicos para describir el movimiento, sino que también creó un conjunto de métodos científicos que fueron extremadamente beneficiosos para el desarrollo de la ciencia moderna. La esencia de este método es combinar la experimentación, el razonamiento lógico y el cálculo matemático de manera armoniosa para el estudio de la física.